Metabolic Network Data Integration and Visualization Software

Lühr, Timo

In der vorliegenden Dissertation wurde ein System von Applikationen entwickelt, mit dem der Anwender metabolische Netzwerke visualisieren, editieren und analysieren kann. Hierzu zählt der Pathway-Editor MapOmnia, der die Visualisierung und Bearbeitung von metabolischen Netzwerken erlaubt. Die Applikation unterstützt anwendungstypische Funktionen wie „Drag And Drop“ und „Copy And Paste“, hat zahlreiche Ausrichtungs-Funktionen implementiert und unterstützt verschiedene Dateiformate für den Datenaustausch. Eine Schnittstelle erlaubt es, auf Informationen zu Enzymen und Stoffwechselwegen von BRENDA zuzugreifen und MapOmnia bietet somit ein grafisches Interface zu Enzymen, Reaktionen und Metaboliten von BRENDA. Die Darstellung ist auch bei großen Netzwerken performant. Die Dissertation stellt Konzepte und Methoden vor, um flexibel und intuitiv mit metabolischen Netzwerken zu arbeiten und diese zu analysieren. Daten aus den omik-Teildisziplinen können auf Netzwerke abgebildet werden. Ein Modellierungswerkzeug erlaubt es, neue Netzwerke aus etabliertem Wissen zu erstellen. Anwender erlangen ein tiefergehendes Verständnis biochemischer Vorgänge durch implementierte Analysemethoden, wie etwa kürzeste Wege Berechnungen. Eine Skript-Schnittstelle ermöglicht es, Methoden des Programms zur Laufzeit zu nutzen, um z.B. Aufgaben zu automatisieren, Abfragen durchzuführen oder Netzwerke zu erstellen. Durch Bereitstellung eines TCP/IP-Servers wurde eine Schnittstelle etabliert, welche auf die Funktionen von MapOmnia zugreifen kann. Die Schnittstelle erlaubt die Umsetzung der Webpräsenz BRIME, die einen intuitiven Zugang zu metabolischen Netzwerken aus BRENDA bietet. Die Webapplikation stellt die Suche von Substanzen, Enzymen sowie gesamter Reaktionen und Teilreaktionen bereit. Der Anwender kann „–ome“ Daten auf die eine Gesamtstoffwechselkarte abbilden, aber auch die Visualisierung von Flussdaten wird unterstützt.

In the present thesis, a holistic system of applications has been developed which allows the user to visualize, edit and analyze metabolic networks. The pathway editor MapOmnia is one application of this system, which allows the visualization and manipulation of metabolic networks. To give an intuitive handling, the application supports application-typical functions such as "drag and drop" and "copy and paste". It provides numerous layout functions and supports many different file formats for data exchange. An implemented database-interface allows access to information on enzymes and metabolic pathways of BRENDA. Thus a graphical interface to the enzymes, reactions, metabolites of BRENDA was created. The presentation is fast, even for large networks. This thesis presents concepts and methods in order to enable users to work flexibly and intuitively with metabolic networks and to analyze them. A key goal of this thesis is, to map data from the omik-sub-disciplines onto generated interaction networks. The implementation of a modeling tool allows the user to easily generate new networks from established knowledge. Users gain a deeper understanding of biochemical processes by using implemented analysis methods, such as "Shortest Path" calculations. A scripting interface also allows the interactive analysis of networks. Methods of the program can be used within scripts at run time, for example, to automate tasks, to perform queries and to create networks. An interface was established by providing a TCP/IP-server which can access the versatile functions of MapOmnia. This concept allows the implementation of BRIME website that offers an intuitive approach to metabolic networks from BRENDA. This web application provides an integrated search functionality to search substances, enzymes and total- and partial-reactions. The user can map metabolic or other "-ome" data to the generic overall map, but also the network-based visualization of flow data is supported.

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Lühr, Timo: Metabolic Network Data Integration and Visualization Software. 2014.

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